Як вибрати найкращеTEC? Давайте спочатку розглянемо модель і формулу розрахунку TEC з X заслужений.
На зображенні вище показана пара термопар. Спочатку давайте познайомимося з поняттями кожного параметра на наступному малюнку, який пізніше буде використовуватися в математичних рівняннях.
Нижче наведено два найбільш фундаментальних рівняння: навантаження Qc і розрахунок напруги
1, Qc = 2 * N * [S * I * * * * - 1/2 I ^ 2 * R * A/L L/A - K * * (Th - Tc)]
2. V = 2 * N * [S * (Th -Tc) + I * R * L/A]
У першій формулі розрахунку Qc перший член: S *I * Tc представляє ефект охолодження Пельтьє, а другий член, 1/2*I^2*R*L/A, вказує на тепловий ефект Джоуля, який створюється під час проходження струму через резистор. Джоулеве тепло розподіляється по всьому компоненту, тому половина тепла надходить до холодної сторони, а друга половина – до гарячої. Останній член, K*A/L*(Th-Tc), представляє ефект Фур’є, тобто тепло передається від високої температури до низької. Таким чином, ефект охолодження Пельтьє буде послаблений через втрати, викликані опором і теплопровідністю.
Для напруги перший член S*(Th-Tc) представляє напругу Зеєбека. Другий член, I*R*L/A, представляє напругу, пов’язану з законом Ома.
Після надзвичайно складного виведення передова математика була майже забута, тому процес виведення тут опущено. Результат – найголовніше. Тоді отримують дві надзвичайно важливі при виборі ТЕС формули:
3. Qmax=Qc/(1-Dt/Dtmax
4. COP (коефіцієнт ефективності) = Qc/Qtec
Основні вимоги до вибору TEC: навантаження Qc, робоча температура Tc, температура гарячого кінця Th, Dt=Th-Tc. Наприклад: Qc=1,5 Вт, Dt=50K, Qmax=1,5(1-50/70)=5,25 Вт. Чи є цей Qmax 5,25 Вт оптимальним рішенням? Ні, 5,25 є найменшим Qmax у цій програмі. Qmax не обов’язково є чим більше, тим краще. Якщо воно більше, то кількість пар PN буде більше, а сама споживана енергія більше. Розрахунок цього оптимального Qmax досить складний і потребує дуже професійних інженерів-конструкторів.
Як показано на наступному малюнку, ми вибрали три групи TEC, різні Qmax, але однакове середовище застосування. COP TEC# 1 найнижчий, а Qmax найбільший.
Підсумовуючи:
1. ТЕС з найвищою потужністю не обов'язково є найбільш підходящим; це залежить від конкретного застосування.
2. Для застосування зі специфічними вимогами до навантаження та різниці температур безумовно можна отримати оптимальне рішення шляхом розрахунку COP.
3. Як показано на наступному малюнку, кожен TEC має оптимальний діапазон навантаження (найвище значення COP), коли визначається Dt.
